半导体激光器在光纤通信中的应用课件

浅谈半导体激光器在光纤通信中的应用杨莹物理系光学专业19820101152807半导体激光器（LD）在光纤通信中的应用主要包括：•各种数据、图像等传输系统的发射光源；•光纤CATV系统的光源；•掺饵光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（FRA）的泵浦源；•未来全光通信网络诸如全光波转换器、光交换、光路由、光转发等关键设备的光源。光纤通信用半导体激光器的种类各种传输系统泵浦全光网中交换设备数据CATV•1.3umLD及组件•1.55umDFBLD及组件•1.55umDFBLD+EA调制集成及组件•1.55umDFBLD阵列及组件•可调谐DFBLD及组件•多波长或波长可选择DFBLD及其集成及组件•光纤光栅外腔激光器等•高功率1.3umDFBLD组件•高功率(>25mW)1.55umDFBLD组件•0.98um大功率稳频激光器组件•1.48um大功率激光器组件•0.85~0.94um大功率激光器及组件等•1.55umDFBLD组件及集成化器件•光纤光栅外腔激光器等注：DFBLD——分布反馈激光器普通LDLD

外形图LD+电吸收调制器+隔离器结构工作物质反射镜1反射镜2输入平面输出平面L1F-P谐振腔基本结构Bragg光栅

一般情况下，传输媒质的周期性微扰可以看作是Bragg光栅；这种微扰通常引起媒质折射率周期性的变化。当一束入射角为θ的光波照射到一个周期性变化的波纹结构上时，入射光波被周期性结构所散射，这些散射波相互之间有一定相位关系，如果散射波出射方向满足的角度，各散射波才有叠加增强的作用，而其他方向上的散射波会相互抵消。(1)DBRLD即分布式Bragg反射激光器是在DFBLD的基础上进行了改进。其结构如下图。垂直腔面发射激光器(VCSEL)VCSEL激光器VCSEL激光器阵列光纤激光器稀土离子吸收与荧光光谱（nm）Nd3+吸收800900荧光90010601350Er3+吸收8009601550荧光1550Nd3+和Er3+的吸收光谱和荧光光谱3

张驰振荡和电光延时激光发射后，输出光脉冲产生过冲响应，接着又表现出衰减式的振荡，称之为张弛振荡。在小信号调制相应的基础上分析得到张驰振荡频率的表达式为：

当电流脉冲注入激光器时，激光输出与注入电脉冲之间存在一个时间延迟td，称它为电光延迟时间。电光延迟和张弛振荡的后果是限制调制速率。当最高调制速率接近张弛振荡频率时波形失真严重，会使光接收机增加误码率。4相位调制和频率啁啾

半导体激光器的幅度调制总是伴随着相位调制。当注入电流使载流子浓度发生变化，引起增益变化而实现对光信号的调制时，载流子浓度的变化不可避免地引起折射率变化，从而对光信号形成一个附加的相位调制。激光器频率在接近脉冲前沿时漂向高值，而在脉冲的后沿处漂向低值，这种与时间有关的频率漂移现象就叫做“啁啾”（Chirp）。电流脉冲光脉冲两个连“1”的现象码型效应的特点是：在脉冲序列中较长的连“0”码后出现的“1”码，其脉冲明显变小，而且连“0”码数目越多，调制速率越高，这种效应越明显。消除方法：把LD偏置到阈值附近。•调制调制是用数字或模拟信号改变载波的幅度、频率或相位的过程。调制分非相干调制和相干调制:

非相干调制---改变载波的幅度；

相干调制---改变载波的频率或相位；光通信系统中非相干调制有直接调制和外调制两种；直接调制---信息直接调制光源的输出光强；外调制---信息通过外调制器对连续输出光进行调制；副载波调制(SCM，SubcarrierModulation)

：用输入信号对相对于光载波的副载波（高频电磁波）进行调制，然后再用该副载波对光波进行二次调制。入射的信号光电场为ES(t)＝Acosωt，A:信号光电场振幅;ω:信号光的频率。平均光功率为:光探测器输出的电流为α为光电变换比例常数，η为量子效率。

光探测器输出电功率为:•多信道系统波分复用(WDM)将按波长划分的多路光载波同时在光纤中传输的方式。马赫-曾德尔干涉滤波器三个马赫-曾德尔干涉滤波器组成的四信道波分复用系统•光发射模块光发射模块是指将包括LD及LD驱动电路和保证LD安全稳定工作的控制电路及其他光学元件